Cơ khí chế tạo máy - Bài tập Thuỷ khí

BÀI TẬP THUỶ KHÍ PHẦN 1: THUỶ KHÍ po Ñ3 Ñ5 Ñ4 Ñ2 Ñ1 nước pa 4' 2' 1) Lắp áp kế uốn khúc thuỷ ngân vào điểm M của bình.Cho trọng lượng riêng của thuỷ ngân là gHg= 13,6.gnước, trọng lượng riêng của nước là 9810N/m3, bỏ qua trọng lượng riêng của không khí. Độ cao các vị trí như sau: Ñ1=2,3m; Ñ2=1,2m; Ñ3=2,5m; Ñ4=1,4m; Ñ5=3m. Xác định áp suất dư po tại mặt thoáng trong bình. 1') Để đo áp suất tuyệt đối trong một đường ống dẫn nước người ta đặt cạnh nhau một phong vũ biểu thuỷ ngân (barômét) và một áp kế chữ U chứa thuỷ ngân. Cho trọng lượng riêng của thuỷ ngân là gHg= 13,6.gnước, trọng lượng riêng của nước là 9810N/m3 . Kết quả đọc được là: Trên barômét : Ho=75,65 cm Trên áp kế chữ U: H1=32,45 cm, H2 = 19,25 cm. Xác định: - áp suất tuyệt đối của khí trời đo được - áp suất tuyệt đối tại trục ống (M). nước pa H2 H1 Ho thuỷ ngân A M A' B 2) Dùng 1 bình hình trụ tròn đường kính trong 100mm chứa chất lỏng và quay quanh trục thẳng đứng của nó để làm máy đo vận tốc quay. a) Khi chất lỏng ở giữa bình hạ thấp xuống 200mm so với lúc tĩnh thì số vòng quay trong 1 phút là bao nhiêu? z x O M R x M w2.r w2.x w2.y r b) Nếu cho bình quay 800v/ph mà không muốn đáy bị cạn thì chiều cao tối thiểu của bình là bao nhiêu? 3) F H a Để tháo nước từ 1 bể chứa ra người ta lắp 1 van A hình vuông cạnh a = 0,4m. Độ sâu tâm van so với mặt thoáng là H = 4m. gnước = 104N/m3. a) Tính lực tác động lên cửa van và độ sâu hD của tâm đẩy. b) Van A có thể quay quanh trục xT. Tính moment để giữ van không quay. Cm rằng moment này không phụ thuộc độ sâu H của van. 4) a) Xét 1 đường ống dẫn dầu nằm ngang dài L=1000m, đường kính d = 75mm, trong đó dầu có độ nhớt động n = 0,2.10-4m2/s và trọng lượng riêng g = 0,8.9,8.103N/m3. Cho dầu chảy với vận tốc v=0,4m/s, độ chênh áp suất giữa 2 đầu đường ống là bao nhiêu? b) - Nếu vận tốc của dầu giảm đi một nửa thì độ chênh áp suất này thay đổi thế nào? - Nếu vận tốc của dầu tăng gấp hai lần (=0,8m/s) thì độ chênh áp suất này thay đổi thế nào? c) Một đường ống dẫn nước dài l = 2000m, đường kính d = 250mm có độ nhám tuyệt đối D= 0,1mm. Nhiệt độ của nước là 50oC, ở nhiệt độ này nước có độ nhớt n = 0,0058 cm2/s. Hỏi áp suất ở đầu đường ống phải lớn hơn áp suất ở cuối đường ống bao nhiêu để đảm bảo vận tốc không bé hơn 10m/s. Lấy g = 9,8.103N/m3 Hướng dẫn: Cần xác định trạng thái chảy để chọn công thức tính hệ số ma sát thích hợp. mc x mc y Hg H pdy=2,6 at pdx=735mmHg d=const H=15m Nếu ex > ey: nước chảy từ x về y Xét ex- ey 5) Trên 1 đường ống dẫn nước (g = 9,8.103N/m3) thẳng đứng người ta xét đoạn giới hạn giữa 2 mặt cắt yy và xx. Tại mặt cắt yy (ở dưới) có lắp áp kế kim loại (manomét) đo áp suất dư py= 2,6 at. tại mặt cắt trên xx (ở trên) áp suất dư là 735mmHg. Chiều cao từ yy đến xx là H =15m. Đường kính ống không đổi, dòng chảy là ổn định. Nước chảy theo chiều nào? Tính tổn thất thủy lực. 6) Dầu chuyển động trong đường ống từ mặt cắt 1 lên mặt cắt 2 như hình vẽ; đường ống dài l = 20m; d = 20 mm; l=0,128; Z=10m; hệ số tổn thất cục bộ z = 20; trọng lượng riêng của dầu là 8500 N/m3; áp suất dư ở cuối ống là p2d=1,7at; lưu lượng Q=1,57 lít/s. Tính áp suất p1 ở đầu ống. Cho g=10m/s2 7) Nước tự chảy từ bể hở A xuống bể hở B theo đường ống như hình vẽ. Cho biết H1= 3,3m, H2= 1,5m. Tổng tổn thất của dòng chảy qua ống là trong đó z=1,5. Đường kính ống d=150mm. Tính lưu lượng của dòng chảy qua ống . Bơm z v v po l,d Tính Re => trạng thái chảy => l 8) Xác định áp suất tuyệt đối pv (bằng mm cột thủy ngân) tại miệng vào của bơm dầu. Cho biết ống hút dài l=2m, đường kính 18mm, mức chất lỏng trong bình chứa cao hơn bơm z=0,7m, áp suất tuyệt đối tại mặt thoáng bình chứa là po=77,1mmHg. Lưu lượng Q=16 lít/ph. Dầu có độ nhớt động n=0,11cm2/s, trọng lượng riêng g=900x9,81N/m3. Bỏ qua tổn thất cục bộ. A 9) Một ống dẫn nằm ngang có đường kính d1=50mm, đường kính chỗ ống bị thu hẹp d2=25mm. Cho biết áp suất dư tại mặt cắt ống trước chỗ co hẹp (đường kính d1) là pd1=0,784N/cm2, lưu lượng trong ống nằm ngang Q = 2,7 lít/s. Bỏ qua tổn thất. a) Tính áp suất chân không tại ống co hẹp (ống có đường kính d2) b) Từ chỗ ống co hẹp người ta nối 1 ống nhỏ cắm vào 1 bình hở chứa nước. Xác định chiều cao h để nước có thể hút được từ bình lên ống. D Gáo 10) Tính lực tác dụng lên gáo của turbine Pelton làm việc dưới độ cao lý thuyết của dòng tia là Hlt = = 150m , tia phun có đường kính D=100mm, góc tạo bởi vận tốc dòng ra khỏi gáo và dòng phun vào gáo là 170o. Xét cho trường hợp Gáo đang đứng yên Gáo chuyển động cùng chiều với tia phun với vận tốc bằng một nửa vận tốc của tia phun. Tính công suất của dòng tia cung cấp cho gáo của turbine trong trường hợp này. mc0 mc ra v 11) Nước từ bể A chảy vào đường ống dài 1km; D= 600mm, hệ số ma sát l= 0,025; cuối ống lắp vòi F có đường kính d=140mm. Cho H=150m. Bỏ qua tổn thất cục bộ. a) Tính vận tốc, lưu lượng chảy ra khỏi vòi. b) Nước chảy ra khoi vòi F đập vào gáo của tua bin. Gáo có dạng cong đối xứng, góc ra của gáo là 170 độ, vận tốc của gáo bằng nửa vận tốc của tia nước chảy ra khỏi vòi F. Tính lực tác dụng lên gáo và công suất của dòng nước cung cấp cho tuabin. c) Đột ngột đóng van ở cuối đường ống (đoạn có đường kính 600mm). Cho biết vận tốc truyền sóng là 800m/s và ông cứng tuyệt đối - tính độ tăng áp suất do va đập thuỷ lực xảy ra trên đường ống - - xác định thời gian đóng van để xảy ra va đập thuỷ lực gián tiếp. Tính độ tăng áp suất trong trường hợp này L 2L mc1 mc2 H1 H2 z 12) Xác định lưu lượng nước trong ống và tính áp suất chân không pck tại điểm cao nhất của ống xiphông. Cho biết ống có đường kính d=150mm, H1= 3m, H2=1,2m, z = 6,5m, chiều dài đường ống là 3L=30m. Hệ số ma sát của tổn thất dọc đường là l=0,02. z=6. 13) Hai bể A và B nối nhau bằng hệ thống ống có các thông số sau: L1 = 400m L2 = 180m L3= 50m d1 = d2 = d3 =100mm l 1 = l 2 = l 3 = 0,025. Bỏ qua tổn thất cục bộ. L1 d1 l1 L3 d3 l3 L2 d2 l2 H A B a) Cho Q3 = 40 lit/s, Tính Q2 Q1 H b) Nếu độ chênh H giữa hai bể là 10m. Tính lưu lượng qua các ống. PHẦN 2: MÁY THUỶ KHÍ 1) Bơm nước có lưu lượng Q = 16 lít/s, ống hút có: d=150mm; l=10m; l=0,03; z=6,2. Áp suất tại cửa vào của bơm . - Tính chiều cao hút (độ cao đặt bơm). - Tính công suất trên trục bơm biết rằng áp suất dư tại cửa ra của bơm là 3,55 at; đường kính ống hút bằng đường kính ống đẩy; hiệu suất bơm bằng 0,8. 1') Trạm thủy điện có cột áp H=25m; tổng lưu lượng của trạm là 50m3/s đưa vào 4 tuabin nước. Hiệu suất của mỗi TB là 0,8. Tính công suất trên trục của mỗi TB để chọn máy phát điện cho mỗi TB. 2) Bơm li tâm đặt với độ cao hút là zh = 3,795m. Tôn thất trong ống hút hwh=1,505m. Tại miệng ra của bơm có . Độ cao giữa 2 bể HT=68m. Hai bể hở. Xác định cột áp của bơm và tổn thất trong đường ống đấy. 3) Bơm ly tâm bơm nước từ bể hở A lên bể hở B theo hệ thống đường ống sau: Đường ống hút l1=8m d1=100mm l1=0,03 x1=6 Đường ống đẩy l2=16m d2=75mm l2=0,035 x2=10 Khoảng cách giữa 2 bể: Ho=18m Q=8 lit/s h = 0,75 a. Xác định cột áp, công suất trên trục bơm. b. Vẽ đường đặc tính lưới Hl(Q) với Q= (0 ¸ 10) lit/s, 4) Bơm ly tâm bơm nước từ bể hở A lên bể hở B theo hệ thống đường ống : Đường ống hút: l1=10m d1=100mm l1=0,025 x1=2 Đường ống đẩy: l2=30m d2=75mm l2=0,027 x2=12 Chênh lệch độ cao giữa hai bể: Ho=11m Lưu lượng bơm Q = 7 l/s Hiệu suất h = 0,6 Xác định cột áp, công suất trên trục bơm. 5) Bơm nước lưu lượng Q= 16 l/s làm việc trong hệ thống đường ống: Đường ống hút: d1=150mm, l1=10m, l1=0,03, z1=6,2. Đường ống đẩy: d2=100mm, l2=30m, l2=0,03, z2=10 Chênh lệch độ cao giữa hai bể: Ho=11m. Hai bể hở. Ap suất chân không tại cửa vào của bơm a) Tính chiều cao hút hs b) Tính cột áp và công suất trên trục của bơm, biết hiệu suất của bơm là 0,75. 6) Bánh công tác bơm ly tâm có Qlt=500 lit/s, D2=480mm, b2=100mm, b2=25o, số cánh Z=6, hiệu suất thủy lực hH=0,92, cho C1u= 0. Số vòng quay của bơm là 1600v/ph. Xác định cột áp thực của bơm. 7) Bơm ly tâm có Ql=167 lít/s, D2=340mm, b2=32mm, b2=20o, số cánh Z=8, hiệu suất thủy lực hH=0,94, C1u= 0 Số vòng quay của bơm là 1450v/ph. Xác định cột áp thực của bơm. 8) Xác định kích thước D1, lưu lượng Q, số vòng quay n và số vòng quay đặc trưng ns của turbine làm việc với cột áp H=6m, công suất N=200kW Turbine này tương tự với turbine mô hình D1M=0,7m, HM=1m, NM=5kW, nM=200v/ph, hiệu suất hM=0,86. 9) Một trạm thủy điện có tổng lưu lượng Qå=64m3/s và cột nước H=19m. Turbine của trạm tương tự với turbine mô hình có các thông số sau: D1M=0,7m, HM=1m, NM=6,2kW, nM=114v/ph, QM=0,74m3/s. Xác định đường kính D1, lưu lượng Q, số turbine cho trạm, số vòng quay đặc trưng, các thông số quy dẫn và công suất N của turbine. Biết rằng turbine nối với máy phát có n=250v/ph. Hiệu suất của turbine thực và mô hình là bằng nhau. 10) Một trạm bơm có tổng lưu lượng Qtrạm=26,01 m3/s và cột áp H=10m. Bơm được chọn tương tự với bơm mô hình có các thông số sau: DM=0,3m, QM=0,1028 m3/s, HM=1,21m, nM=580v/ph, hM=0,8 - Xác định số lượng bơm, đường kính, công suất trên trục của mỗi bơm. Biết bơm của trạm có số vòng quay n=250 v/ph - Tính số vòng quay đặc trưng của bơm và cho biết đây là loại bơm gì. 11) Một trạm thuỷ điện, có cột áp H=17,5m. Tuabin đã chọn cho trạm (có D1=1,2m) thì được thiết kế để làm việc với cột áp Htk=25m, Qtk=12,7m3/s, ntk=300v/ph và có công suất Ntk=2750kW. Xác định công suất, lưu lượng, số vòng quay khi tuabin này làm việc trong điều kiện của trạm và đạt hiệu suất bằng hiệu suất thiết kế. Xác định hiệu suất này. Tính số vòng quay đặc trưng của tuabin và cho biết đây là loại tuabin gì. Tính các thông số qui dẫn của tuabin ở chế độ làm việc này. 12) Nước chảy trong 1 hệ vòng kín gồm 1 bơm và 1 bộ làm nguội có hệ số cản z=20. Tổng chiều dài của các ống nối là 4L=40m, đường kính ống d=40mm, hệ số ma sát đường ống l=0,02. Điểm A trên đường ống nối với ống đo áp hở, độ cao nước dâng lên trong ống là Z=4m. a) Xác định cột áp, công suất trên trục của bơm. Biết lưu lượng của bơm Q=3,76 lit/s, hiệu suất bơm h=0,7. b) Xác định áp suất tại cửa vào của bơm. Bơm 2L L L z Z A Ống đo áp suất tại A c) Xác đinh giá trị Z nhỏ nhất bằng bao nhiêu để trong hệ thống không có áp suất chân không. 13) Bơm ly tâm có đường đặc tính cho theo bảng ứng với số vòng quay n=900v/ph, bơm nước từ bể A lên bể B theo đường ống : Đường ống hút: l1= 20m d1= 200mm l1= 0,02 Đường ống đẩy: l2= 100m d2= 150mml2= 0,025 Htĩnh = 6m Htinh A a) Viết pt đặc tính lưới và vẽ đường đặc tính lưới với Q=(0 -- 70)lít/s b) Xác định lưu lượng, cột áp, công suất trên trục bơm. c) Thay đổi số vòng quay của bơm để lưu lượng giảm 25%, xác định cột áp của bơm. d) Không thay đổi số vòng quay của bơm, Xác định x2’ để bơm làm việc với lưu lượng 30l/s e) Tính số vòng quay đặc trưng và cho biết đây là loại bơm gì. Đường đặc tính bơm (n=900v/ph) Q[l/s] 0 10 20 30 40 50 60 70 H[m] 12,6 13,2 13,6 13,2 12,6 11,5 9,5 7,5 h % 0 46 65 78 82 80 73 60 14) Bơm ly tâm có đường đặc tính đã cho trong bảng với số vòng quay 1450v/ph bơm nước từ bể A àbể B theo đường ống xi phông có độ dài 3L=75m, đường kính d=50mm. Độ chênh mức nước trong 2 bể a=8m, điểm cao nhất của ống xi phông nằm cách mức nước bể A b=5m. Biết rằng hệ số ma sát đường ống l=0,025. Bỏ qua tổn thất cục bộ a)Vẽ đường đặc tính lưới với Q = (0 -- 8) lit/s b) Xác định lưu lượng, cột áp và hiệu suất của bơm. c) Xác định áp suất ở điểm cao nhất (K) của ống xi phông. Q[l/s] 0 2 4 6 8 H[m] 13,2 14,2 13 9,5 4 h % 0 40 65 60 35 A Bơm 2L L a b B K 15) Một tua bin có đường kính tính toán D=0,2m, làm việc với cột áp H=3m. Các điểm làm việc của tuabin cho trong bảng sau: Điểm làm việc Q (m3/s) n(v/ph) h (%) Ntr nI1 QI1 NI1 A 0.0840 995 52 B 0.0839 790 78 C 0.0831 667 82 D 0.0803 398 78 E 0.0780 288 52 Tính các thông số quy dẫn tại từng điểm làm việc A, B, C, D, E Tính số vòng quay đặc trưng của tuabin và cho biết đây là loại tuabin gì? 16) Cho 1 bơm piston tác dụng kép có đường kính piston D=75mm, đường kính cần piston d=25mm, hành trình piston S=150mm, công suất của động cơ dẫn động bơm là 2,8 KW. Số vòng quay của trục động cơ nđc=60v/ph. Hiệu suất lưu lượng là 0,865; hiệu suất cơ khí là 0,935; hiệu suất thủy lực bằng 1. a) Xác định lưu lượng trung bình thực của bơm, áp suất làm việc và cột áp của bơm. Cho gd=0,8. gnước b) Xác định lưu lượng tức thời trên đường ống đẩy tại thời điểm t=2s và t'=t+0,5s biết rằng tại thời điểm t=0, tay quay và thanh truyền nằm trên đường thẳng và tay quay có chiều quay ngược chiều kim đông hồ 17) Một bơm tiêu hao 1 công suất trên trục N=5,5 kW, biết áp suất dư ở cửa ra của bơm là pd ra=2at và áp suất chân không ở cửa vào là pckv=0,4at. Vận tốc trên đường ống đẩy v=4m/s, đường kính ống đẩy dđ= 75mm. Đường kính ống hút dhut =100mm Tính lưu lượng, cột áp và hiệu suất của bơm BÀI TẬP MẪU Bơm ly tâm có đường đặc tính của bơm cho theo bảng ứng với số vòng quay n=1600v/ph. Q[l/s] 0 2 4 6 8 10 12 14 H[m] 15 15,5 15,7 15 14 12 10 8 h % 0 40 60 74 78 70 60 40 bơm nước từ bể A lên bể B. Cho Hltĩnh = 11m. Hai bể hở Đường ống hút: l1= 10m d1= 100mm l1= 0,025 z1=2 Đường ống đẩy: l2= 30m d2= 75mm l2= 0,027 z2=12 a) Vẽ đường đặc tính bơm H(Q); h(Q); b)Viết pt đặc tính lưới và vẽ đường đặc tính lưới với Q=(0 -- 14)lít/s c) Xác định lưu lượng Q, cột áp H, công suất trên trục bơm. d) Giữ nguyên số vòng quay của bơm, Tính hệ số tổn thất cục bộ trên đường ống đẩy z2‘ để hệ thống làm việc với lưu lượng Q’ bằng 6 lit/s e)Thay đổi số vòng quay của bơm để lưu lượng tăng 50%, tính n' f) Tính số vòng quay đặc trưng ns của bơm. Giải: Q[l/s] 0 2 4 6 8 10 12 14 Hluoi[m] 11 11,25 12 13,28 15,1 17,33 20,11 23,4 Giao điểm A của đường Hlưới và HBơm : QA= 7,3 lit/s HA= 14,4m hA=76% d) A' (Q'=6 lit/s) => H'=15m (xác định từ đặc tính bơm) SỐ VÒNG QUAY ĐẶC TRƯNG: =72 vòng/ph e)Thay đổi số vòng quay của bơm để lưu lượng tăng 50%, tính n' - Xác định điểm làm việc mới: An' (10,95 l/s, HAn'=18,6m) - Pt Parabol đồng dạng (tập hợp những điểm đồng dạng với An' Lập bảng: Q[l/s] 0 2 4 6 8 10 12 14 H(P)i[m] 0